Tổng quan về các quá trình sinh học trong xử lý nước thải thủy sản

đặc tính của nước thải thủy sản thì sử dụng phương pháp sinh học để xử lý làphù hợp nhất.Xuất phát từ những nhận thức đó, với mong muốn đóng góp một phầnnhỏ của cá nhân vào công tác quản

PHẦN MỞ ĐẦUĐẶT VẤN ĐỀ

Với đường bờ biển dài 3.260 km, Việt Nam được xem là nước có tàinguyên biển khá đa dạng và phong phú Với thuận lợi đó, hàng năm ngànhđánh bắt, nuôi trồng, chế biến thuỷ hải sản chiếm tỷ trọng khá lớn trong kiêmngạch xuất khẩu của Việt Nam Đấy là minh chứng cho giá trị vô giá mà biểnViệt Nam mang lại

Với quy mô đánh bắt mở rộng và nhu cầu nuôi trồng thuỷ sản khôngngừng gia tăng, trước những đòi hỏi về nguồn lương thực thực phẩm đó, các

cơ sở sản xuất chế biến mặt hàng thuỷ sản cũng được xây dựng ngày càngnhiều, không những ở các khu vực có các ngư trường lớn mà còn ở cả cácvùng lân cận, các khu dân cư, khu đô thị

Nhiều yếu tố tích cực mà mô hình sản xuất này mang lại đã góp phầngiải quyết công ăn việc làm cho cộng đồng, đảm bảo lương thực, thực phẩmcho trong nước và xuất khẩu… đều đã được thừa nhận Tuy nhiên, phải nhìnnhận một vấn đề còn tồn tại là nạn ô nhiễm môi trường mà hoạt động này tácđộng là khá lớn Với đặc tính dòng thải là giàu hữu cơ, nhiều nitơ, photpho…Đồng thời, về cảm quan mùi rất khó chịu cho cộng đồng, nước thải phát sinh

từ hoạt động chế biến thuỷ sản này đã được nhận định là nguy hiểm cho môitrường và cho sinh thái, đặc biệt là hệ sinh thái thuỷ vực – khi mà hầu hếtsông ngòi hiện nay là nơi tiếp nhận nguồn thải Và khi đó, con người cũng sẽ

đặc tính của nước thải thủy sản thì sử dụng phương pháp sinh học để xử lý làphù hợp nhất.

Xuất phát từ những nhận thức đó, với mong muốn đóng góp một phầnnhỏ của cá nhân vào công tác quản lý kỹ thuật dòng thải, em đã chọn thực

hiện đề tài “Tổng Quan Về Các Quá Trình Sinh Học Trong Xử Lý Nước

Thải Thủy Sản”.

MỤC ĐÍCH THỰC HIỆN

Mục tiêu chính của đề tài là tìm hiểu tổng quan về các quá trình sinh học được

ứng dụng trong xử lý nước thải ngành chế biến thủy sản nhằm đề xuất đượccác phương án xử lý nước thải chế biến thủy sản phù hợp, hiệu quả và mangtính kinh tế

NỘI DUNG THỰC HIỆN

Nội dung tìm hiểu của đề tài bao gồm các phần sau:

- Đặc tính và nguồn gốc phát sinh của nước thải chế biến thủy sản

- Tác động của nước thải chế biến thủy sản đến môi trường

- Tổng quan về các phương pháp xử lý nước thải nói chung và nước thải chế biến thủy sản nói riêng

- Tổng quan về vi sinh vật trong xử lý nước thải

- Đề xuất các phương án xử lý nước thải thủy sản

- Thu thập một số công nghệ xử lý nước thải chế biến thủy sản được

áp dụng trong thực tiễn

PHƯƠNG PHÁP THỰC HIỆN

Đề tài được thực hiện dựa trên các phương pháp sau:

- Phương pháp thu thập tài liệu: dữ liệu được thu thập từ các kết quảnghiên cứu, các tài liệu và các trang web có liên quan

- Phương pháp phân tích, tổng hợp, đánh giá và lựa chọn phương án

CHƯƠNG ITỔNG QUAN VỀ NƯỚC THẢI THỦY SẢN

Ngành công nghiệp chế biến thủy hải sản đã và đang đem lại những lợinhuận không nhỏ cho nền kinh tế Việt Nam nói chung và của người nông dânnuôi trồng thủy hải sản nói riêng Nhưng bên cạnh những lợi ích mà nó manglại như giảm đối nghèo, tăng trưởng GDP cho quốc gia thì nó cũng để lạinhững hậu quả thật khó lường đối với môi trường sống của chúng ta Hậu quả

là các con sông, kênh rạch nước bị đen bẩn và bốc mùi hôi thối một phần là

do việc sản xuất và chế biến thủy hải sản thải ra một lượng lớn nước thải cómùi hôi tanh vào môi trường mà không qua bất kỳ giai đoạn xử lý nào Chínhđiều này đã gây ảnh hưởng rất lớn đối với con người và hệ sinh thái gần cáckhu vực có lượng nước thải này thải ra

1.1 ĐẶC TÍNH VÀ NGUỒN GỐC PHÁT SINH CỦA NƯỚC THẢI CHẾ BIẾN THỦY SẢN

1.1.1 Đặc tính

Giống như hầu hết các loại nước thải khác, nước thải trong chế biếnthủy sản có chứa hỗn hợp các chất gây ô nhiễm, hầu hết là chất hữu cơ Đặcđiểm của ngành chế biến thủy hải sản là có lượng chất thải lớn Các chất thải

có đặc tính dễ ươn hỏng và dễ thất thoát thâm nhập vào dòng nước thải Nướcthải trong chế biến thuỷ hải sản có hàm lượng chất hữu cơ cao vì trong đó códầu, protein, chất rắn lơ lửng và chứa lượng photphat và nitrat Dòng thải từchế biến thuỷ sản còn chứa những mẫu vụn thịt, xương nguyên liệu chế biến,máu chất béo, các chất hoà tan từ nội tạng cũng như những chất tẩy rửa và cáctác nhân làm sạch khác Trong đó có nhiều hợp chất khó phân hủy

Mức độ ô nhiễm của nước thải tùy thuộc vào sự có mặt của một số yếu

tố, nhưng quan trọng nhất là phương pháp chế biến là loài thủy sản được chếbiến Nếu chỉ xem xét cùng một dạng hoạt động sản xuất, quy trình hoạt độngcủa mỗi nhà máy, xí nghiệp cũng có ảnh hưởng lớn đến đặc tính của nước thảinhưng hầu hết chúng có các đặc tính chung là:

- pH thường nằm trong giới hạn từ 6,5 – 7,5 do có quá trình phân huỷđạm và thải ammoniac

- Có hàm lượng các chất hữu cơ dạng dễ phân huỷ sinh học cao Giátrị BOD5 thường lớn, dao động trong khoảng 300 – 2000 mg/l, giá trịCOD nằm trong khoảng 500 – 3000 mg/l

- Hàm lượng chất rắn lơ lửng cao từ 200 – 1000 mg/l

- Hàm lượng lớn các protein và chất dinh dưỡng, thể hiện ở hai thông

số tổng Nitơ (50 – 200 mg/l) và tổng Photpho (10 – 100 mg/l)

1.1.2 Nguồn gốc phát sinh

Theo báo cáo của Bộ Thủy sản (1998), lượng nước thải trung bình từ 1tấn sản phẩm là 15m3, trong khi sản lượng thủy sản năm 2008 lên đến1.676.000 tấn, và đang tăng thêm theo từng năm Nguồn nước thải bắt nguồn

từ các công đoạn sản xuất như:

- Sơ chế nguyên liệu bao gồm rửa, mổ, rã đông

- Quá trình hấp luộc

- Quá trình ngâm thủy sản

1.2 THÀNH PHẦN VÀ TÍNH CHẤT CỦA NƯỚC THẢI THỦY HẢI SẢN

Ngành chế biến thuỷ sản là một ngành công nghiệp phát triển mạnh Bêncạnh những đóng góp to lớn, ngành công nghiệp này cũng nảy sinh ra nhiềuvấn đề về môi trường, đặc biệt là nước thải sản xuất, ngành đã tạo ra mộtlượng nước thải lớn có nguy cơ làm ô nhiễm môi trường cao Với các chủngloại nguyên liệu tương đối phong phú, đối với điều kiện nước ta nên các thànhphần nước thải thuỷ sản cũng khá phức tạp và đa dạng bao gồm 3 loại nướcthải: Nước thải sản xuất, nước thải vệ sinh công nghiệp và nước thải sinh hoạttrong đó nước thải sản xuất có mức độ ô nhiễm cao hơn cả tuỳ theo đặc tínhcủa nguyên liệu sử dụng mà nước thải có tính chất khác nhau Nước thải sảnxuất chế biến thuỷ sản chứa chủ yếu là chất thải hữu cơ có nguồn gốc từ độngvật và có thành phần chủ yếu là protein và chất béo, trong hai thành phần nàychất béo khó bị phân huỷ bởi vi sinh vật Nước thải của xí nghiệp chế biếnthuỷ sản có hàm lượng COD dao động từ 1600 – 2300 mg/l, hàm lượng BOD5

cũng khá lớn từ 1200-1800mg/l trong nước thường chứa các vụn thủy sản vàcác vụn này rất dễ lắng Hàm lượng Nitơ thường rất cao chứng tỏ mức độ ônhiễm chất dinh dưỡng rất cao (50 – 120mg/l) Ngoài ra trong nước thải thuỷhải sản có chứa các thành phần chất hữu cơ khi phân huỷ tạo ra các sản phẩmtrung gian của sự phân huỷ các axit béo không bão hoà tạo mùi rất khó chiụ

và đặc trưng làm ô nhiễm về mặt cảm quan và ảnh hưởng sức khỏe công nhântrực tiếp làm việc

Đặc điểm của ngành chế biến thuỷ hải sản là có lượng chất thải lớn Cácchất thải có đặc tính dễ ươn hỏng và dễ thất thoát theo đường thâm nhập vàodòng nước thải

Đối với các khâu chế biến cơ bản, nguồn thải chính là khâu xử lý và bảoquản nguyên liệu trước khi chế biến, khâu rã đông, làm vệ sinh thiết bị nhàxưởng Đối với hoạt động đóng hộp, ngoài các nguồn ô nhiễm ở các khâu nhưtrên còn có khâu rót nước sốt, nước muối, dầu Các nguồn thải chính từ sản

xuất bột cá và dầu cá là nước máu từ khâu bốc dỡ và bảo quản cá vào thờiđiểm dòng thải đậm đặc nhất là khâu ly tâm nước ngưng tụ các thiết bị cô đặc.Nước trong chế biến thuỷ hải sản có hàm lượng chất hữu cơ cao vì trong

đó có dầu, protein, chất rắn lơ lửng và chứa lượng photphat và nitrat Dòngthải từ chế biến thuỷ sản còn chứa những mẫu vụn thịt xương nguyên liệu chếbiến, máu chất béo, các chất hoà tan từ nội tạng cũng như những chất tẩy rửa

và các tác nhân làm sạch khác Trong đó có nhiều hợp chất khó phân huỷ.Qua phân tích 70 mẫu nước thuỷ tại các cơ sở chế biến hải sản có quy môcông nghiệp tại địa bàn tỉnh Vũng Tàu nhận thấy hàm lượng COD của các cơ

sở dao động từ 283 mg/l – 21.026 mg/l; trong khi tiêu chuẩn Việt Nam đốivới nước thải được phép thải vào nguồn nước biển quanh bờ sử dụng cho mụcđích bảo vệ thuỷ sinh có lưu lượng thải từ 50 m3 – 500 m3 / ngày là < 100 mg/

l Nước thải của phân xưởng chế biến thủy hải sản có hàm lượng COD daođộng từ 500 – 3000 mg/l, giá trị điển hình là 1500 mg/l; hàm lượng BOD5 daođộng trong khoảng từ 300 – 2000 mg/l, giá trị điển hình là 1000 mg/l Trongnước thường có các mảnh vụn thuỷ sản và các mảnh vụn này dễ lắng, hàmlượng chất rắn lơ lửng dao động từ 200 – 1000 mg/l, giá trị thường gặp là500mg/l Nước thải thuỷ sản cũng bị ô nhiễm chất dinh dưỡng với hàm lượngNitơ khá cao từ 50 – 200 mg/l, giá trị thường gặp là 100mg/l; hàm lượngphotpho dao động từ 10 – 100 mg/l, giá trị điển hình là 30 mg/l Ngoài ratrong nước thải của ngành chế biến thuỷ hải sản còn chứa thành phần hữu cơ

mà khi bị phân huỷ sẽ tạo các sản phẩm trung gian của sự phân huỷ của cácacit béo không bão hoà, tạo mùi rất khó chịu và đặc trưng, gây ô nhiễm vềmặt cảnh quan và ảnh hưởng trực tiếp đến công nhân làm việc

Bảng 1.1 Các thông số ô nhiễm đặc trưng đối với nước thải chế biến thuỷ

sản của một số nhà máy chế biến đông lạnh

(Nguồn: Viện kỹ thuật nhiệt đới và bảo vệ môi trường tháng 8/2007)

Bảng 1.2.Tải lượng ô nhiễm nước thải của một số nhà máy CBTS

T

Công suất (TSP/

Ngành chế biến hải sản là một trong những ngành công nghiệp gây ônhiễm nhiều nhất cho môi trường đặc biệt là môi trường nước Nước thải chếbiến thuỷ sản chứa chất hữu cơ và chất dinh dưỡng (N, P) cao, tạo điều kiện

cho các vi sinh vật gây bệnh phát triển như: vi khuẩn thương hàn, tả, lỵ, siêu

vi trùng gan,… và một số loài nấm gây bệnh cho da, đồng thời làm tăng lượngtảo trong nước (hiện tượng phú dưỡng-eutrophy) Loại nước thải này có nguy

cơ gây ô nhiễm trầm trọng cho môi trường xung quanh nếu không được xử líđúng mức Ngoài ra nước thải chế biến thuỷ sản còn chứa dầu mỡ sinh ra từquá trình chế biến cá có nhiều dầu Một đặc điểm quan trọng khác là hầu hếtcác nhà máy chế biến thuỷ sản đề nằm ở ven biển, ngoại trừ thành phố Hồ ChíMinh, nên đều thiếu nước ngọt để chế biến Vì vậy một số nhà máy dùng trựctiếp nước biển cho một số công đoạn trong quá trình chế biến như xả đá, mổ

xẻ và rửa nguyên liệu Do đó lượng nước thải này ít nhiều có độ mặn Dướiđây là thành phần nước thải của nhà máy chế biến cá khô muối

Bảng 1.3 Thành phần nước thải nhà máy chế biến cá khô muối

Số liệu Bảng 1.3 cho thấy việc chế biến cá khô muối sản sinh ra một

lượng nước thải có chứa nồng độ muối rất cao, từ 17 cho đến 46 g/l Nướcthải với hàm lượng muối cao như vậy khiến cho các tế bào vi khuẩn tham giatrong quá trình xử lý nước thải bị ức chế, bị mất nước, do áp lực thẩm thấudẫn đến hiệu suất xử lý giảm Vì vậy ngoài vấn đề ô nhiễm chất hữu cơ, một

vấn đề đặc biệt khác cần phải quan tâm trước khi thiết lập một hệ thống kiểmsoát ô nhiễm là việc nước thải của là việc nước thải của quá trình chế biến hảisản chứa hàm lượng muối (Na+, Cl-, SO42-) rất cao, khiến cho việc xử lý trửonên khó khăn.

Rõ ràng ô nhiễm môi trường nước nói chung và ô nhiễm chất hữu cơ do cácngành công nghiệp chế biến thực phẩm, nhất là công nghiệp chế biến thuỷ sảntrong điều kiện nhiễm mặn đã đạt đến mức đặc biệt nghiêm trọng, đòi hỏiphải có nghiên cứu xử lý nhằm đảm bảo môi trường

1.3 TÁC ĐỘNG CỦA NƯỚC THẢI CHẾ BIẾN THỦY SẢN ĐẾN MÔI TRƯỜNG

Nước thải chế biến thuỷ sản có hàm lượng các chất ô nhiễm cao nếukhông được xử lý sẽ gây ô nhiễm các nguồn nước mặt và nước ngầm trongkhu vực

Đối với nước ngầm tầng nông, nước thải chế biến thuỷ sản có thể thấmxuống đất và gây ô nhiễm nước ngầm Các nguồn nước ngầm nhiễm các chấthữu cơ, dinh dưỡng và vi trùng rất khó xử lý thành nước sạch cung cấp chosinh hoạt

Đối với các nguồn nước mặt, các chất ô nhiễm có trong nước thải chếbiến thuỷ sản sẽ làm suy thoái chất lượng nước, tác động xấu đến môi trường

và thủy sinh vật, cụ thể như sau:

1.3.1 Các chất hữu cơ

Các chất hữu cơ chứa trong nước thải chế biến thuỷ sản chủ yếu là dễ bịphân hủy Trong nước thải chứa các chất như cacbonhydrat, protein, chấtbéo khi xả vào nguồn nước sẽ làm suy giảm nồng độ oxy hòa tan trongnước do vi sinh vật sử dụng oxy hòa tan để phân hủy các chất hữu cơ Nồng

độ oxy hòa tan dưới 50% bão hòa có khả năng gây ảnh hưởng tới sự phát triểncủa tôm, cá Oxy hòa tan giảm không chỉ gây suy thoái tài nguyên thủy sản

mà còn làm giảm khả năng tự làm sạch của nguồn nước, dẫn đến giảm chấtlượng nước cấp cho sinh hoạt và công nghiệp

1.3.2 Chất rắn lơ lửng

Các chất rắn lơ lửng làm cho nước đục hoặc có màu, nó hạn chế độ sâutầng nước được ánh sáng chiếu xuống, gây ảnh hưởng tới quá trình quang hợpcủa tảo, rong rêu Chất rắn lơ lửng cũng là tác nhân gây ảnh hưởng tiêu cựcđến tài nguyên thủy sinh đồng thời gây tác hại về mặt cảm quan (tăng độ đụcnguồn nước) và gây bồi lắng lòng sông, cản trở sự lưu thông nước và tàu bè…

1.3.3 Chất dinh dưỡng (N, P)

Nồng độ các chất nitơ, photpho cao gây ra hiện tượng phát triển bùng nổcác loài tảo, đến mức độ giới hạn tảo sẽ bị chết và phân hủy gây nên hiệntượng thiếu oxy Nếu nồng độ oxy giảm tới 0 gây ra hiện tượng thủy vực chếtảnh hưởng tới chất lượng nước của thủy vực Ngoài ra, các loài tảo nổi trênmặt nước tạo thành lớp màng khiến cho bên dưới không có ánh sáng Quátrình quang hợp của các thực vật tầng dưới bị ngưng trệ Tất cả các hiệntượng trên gây tác động xấu tới chất lượng nước, ảnh hưởng tới hệ thuỷ sinh,nghề nuôi trồng thuỷ sản, du lịch và cấp nước

Amonia rất độc cho tôm, cá dù ở nồng độ rất nhỏ Nồng độ làm chếttôm, cá, từ 1,2  3 mg/l Tiêu chuẩn chất lượng nước nuôi trồng thủy sản củanhiều quốc gia yêu cầu nồng độ Amonia không vượt quá 1 mg/l

1.3.4 Vi sinh vật

Các vi sinh vật đặc biệt vi khuẩn gây bệnh và trứng giun sán trong nguồnnước là nguồn ô nhiễm đặc biệt Con người trực tiếp sử dụng nguồn nướcnhiễm bẩn hay qua các nhân tố lây bệnh sẽ truyền dẫn các bệnh dịch chongười như bệnh lỵ, thương hàn, bại liệt, nhiễm khuẩn đường tiết niệu, tiêuchảy cấp tính

CHƯƠNG 2TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC THẢI 2.1 PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ CƠ HỌC

Phương pháp xử lý cơ học sử dụng nhằm mục đích tách các chất không hòatan và một phần các chất ở dạng keo ra khỏi nước thải Những công trình xử

lý cơ học bao gồm:

2.1 1 Song chắn rác:

Song chắn rác dùng để giữ lại các chất thải rắn có kích thước lớn trongnước thải để đảm bảo cho bơm, van và các đường ống không bị nghẽn bởirác Kích thước tối thiểu của rác bị giữ lại tùy thuộc vào khoảng cách cácthanh kim loại của song chắn rác Để tránh ứ đọng rác và gây tổn thất áp lựccủa dòng chảy người ta thường xuyên làm sạch song chắn rác bằng cách còrác thủ công hoặc cơ giới Tùy theo yêu cầu và kích thước của rác chiều rộngkhe hở của các song thay đổi

Bảng 2.1 Các giá trị thông dụng để thiết kế song chắn rác

(Nguồn : Wastewater Engineering: treatment, reuse, disposal, 1991)

công

Cào rác cơgiới

Kích thước của các thanh

Bề dày( cm)

Bề bản( cm)

0,511,522,54 3,81

0.51 1,522,54 3,81

Độ nghiêng song chắn rác theo trục

thẳng đứng (độ)

2.1.2 Bể lắng cát:

Bể lắng cát nhằm loại bỏ cát, sạn, sỏi, đá dăm, các loại xỉ khỏi nước thải.Trong nước thải, bản thân chúng không độc hại nhưng sẽ ảnh hưởng đến khảnăng hoạt động của các công trình thiết bị trong hệ thống như ma sát làm mòncác thiết bị cơ khí, lắng cặn trong các kênh dẫn, làm giảm thể tích hữu dụngcủa các bể xử lý và tăng tần số làm sạch các bể này Vì vậy trong các trạm xử

lý nhất thiết phải có bể lắng cát

Bể lắng cát thường đặt phía sau song chắn rác và trước bể lắng sơ cấp.Đôi khi người ta đặt bể lắng cát trước song chắn rác, tuy nhiên việc đặt sausong chắn rác có lợi hơn cho việc quản lý bể Ở đây phải tính toán như thếnào cho các hạt cát và các hạt vô cơ cần loại bỏ lắng xuống còn các chất hữu

cơ lơ lững khác trôi đi

Bể lắng cát được áp dụng lâu đời nhất là bể lắng cát chuyển động dọctheo dòng chảy, trong bể này ta khống chế vận tốc dòng chảy để tạo điều kiệncho các hạt cát, sỏi lắng xuống còn các hạt hữu cơ khác sẽ theo dòng chảy trôi

ra ngoài Vận tốc dòng chảy được khống chế ở mức 0,3 m/ s, nhằm tạo dủthời gian để các hạt cát lắng xuống đáy bể Với vận tốc này hầu hết các hạtchất hữu cơ đều được đưa ra khỏi bể và vẫn ở trạng thái lơ lửng Thôngthường thì các bể này được thiết kế để lắng các hạt có kích thước lớn hơn0,15mm Chiều dài bể phụ thuộc vào chiều sâu cần thiết để lắng các hạt ở vậntốc thiết kế, diện tích mặt cắt đứng của bể được điều chỉnh vận tốc dòng chảy

và số bể Cần phải hạn chế dòng chảy rối xảy ra ở đầu vào và đầu ra của bể,người ta đề nghị tăng chiều dài lý thuyết lên 50% để thoả mãn vấn đề này

3,2 - 4,22,0 - 3,0

30 - 40

2 Dm - 0,5 L

601,0

3,82,536

Nguồn : Wastewater Engineering: treatment, reuse, disposal, 1991

Chú ý thời gian tồn lưu nước nếu quá nhỏ sẽ không đảm bảo hiệu suấtlắng, nếu lớn quá sẽ có các chất hữu cơ lắng Các bể lắng thường được trang

bị thêm thanh gạt chất lắng ở dưới đáy, gàu múc các chất lắng chạy trênđường ray để cơ giới hoá việc xả cặn

Bể điều lưu có chức năng điều hòa lưu lượng nước thải và các chất cần

xử lý để đảm bảo hiệu quả cho các quá trình xử lý sinh học phía sau, nó chứanước thải và các chất cần xử lý ở những giờ cao điểm rồi phân phối lại chocác giờ không hoặc ít sử dụng để cung cấp ở một lưu lượng nhất định 24/24giờ cho các hệ thống xử lý sinh học phía sau

Các lợi ích của bể điều lưu như sau:

Bể điều lưu làm tăng hiệu quả của hệ thống sinh học do đó nó hạn chếhiện tượng “shock” của hệ thống do hoạt động quá tải hoặc dưới tải về lưulượng cũng như hàm lượng các chất hữu cơ, giảm được diện tích xây dựng các

bể sinh học Hơn nữa các chất ức chế quá trình xử lý sinh học sẽ được phaloãng hoặc trung hòa ở mức độ thích hợp cho hoạt động của vi sinh vật

Trong thực tế bể điều lưu được xây dựng lớn hơn thể tích thiết kế 10

20% để phòng ngừa các trường hợp không tiên đoán được sự cố biến độnghàng ngày của lưu lượng, trong một số hệ thống xử lý người ta có thể bơm,hoàn lưu một số nước thải về bể điều lưu

2.1.4 Bể tuyển nổi :

Bể tuyển nổi được sử dụng để loại bỏ các hạt rắn hoặc lỏng ra khỏi hỗnhợp nước thải và cô đặc bùn sinh học Trong xử lý nước thải, bể tuyển nổiđược sử dụng chủ yếu để loại các chất lơ lửng và cô đặc bùn sinh học Lợiđiểm chủ yếu của bể tuyển nổi là nó có thể loại các hạt chất rắn nhỏ, có vậntốc lắng chậm trong một thời gian ngắn Bể tuyển nổi gồm có các loại:

- Bể tuyển nổi theo trọng lượng riêng

- Bể tuyển nổi bằng phương pháp điện phân

- Bể tuyển nổi bằng cách hoà tan không khí ở áp suất cao

- Bể tuyển nổi bằng sục khí

- Bể tuyển nổi theo kiểu tạo chân không

Trong phạm vi đề tài, ta chọn bể tuyển nổi bằng cách hoà tan không khí

ở áp suất cao

Theo cách này không khí được hoà tan vào nước thải ở áp suất cao vàiatm, sau đó nước thải được đưa trở lại áp suất thường của khí quyển Lúc nàykhông khí trong nước thải sẽ phóng thích trở lại vào áp suất khí quyển dướidạng các bọt khí nhỏ Các bọt khí này sẽ bám vào các hạt chất rắn tạo lựcnâng các hạt chất rắn này nổi lên bề mặt của bể, sau đó các chất rắn này đượcloại bỏ bằng các thanh gạt

2.1.5 Bể lắng sơ cấp:

Bể lắng làm nhiệm vụ tách các chất lơ lửng còn lại trong nước thải (saukhi qua bể lắng cát) có tỷ trọng lớn hơn hoặc nhỏ hơn tỷ trọng của nước dướidạng lắng xuống đáy bể hoặc nổi lên trên mặt nước Thông thường bể lắng có

ba loại chủ yếu: bể lắng ngang (nước chuyển động theo phương ngang), bểlắng đứng (nước chuyển động theo phương thẳng đứng), và bể lắng ly tâm(nước chuyển động từ tâm ra xung quanh) thường có dạng hình tròn trên mặtbằng Ngoài ra, còn một số dạng bể lắng khác như bể lắng nghiêng, bể lắngđược thiết kế nhằm tăng cường hiệu quả lắng

Trước khi đi vào giai đoạn xử lí sinh học, hàm lượng chất rắn lơ lữngtrong nước thải SS 150mg/l

Chiều cao của bể : 3.084m  h  4.572m (Trịnh Xuân Lai, 2000)

Bảng 2.3 Vài giá trị của hằng số thực nghiệm a,b ở t20 0 c

( Nguồn Tính toán thiết kế các công trình xử lí nước thải của Trịnh Xuân Lai)

Bảng 2.4 Hiệu quả loại bỏ chất ô nhiễm sau khi qua bể lắng sơ cấp

Bảng 2.5 Một số giá trị tham khảo để thiết kế bể lắng sơ cấp hình trụ tròn

Xử lý nước thải bằng bể bùn hoạt tính bao gồm bể chứa khí và bể lắng,

vi sinh vật kết bông được tách ra ở bể lắng và hoàn lưu lại bể hiếu khí để duytrì nồng độ cao của vi sinh vật có hoạt tính, lượng bùn thừa được tách ra đưavào bể nén bùn hay các công trình xử lý bùn khác để đảm bảo có oxy thườngxuyên và trộn đều nước thải với bùn hoạt tính, cần phải cung cấp khí cho bểhiếu khí bằng hệ thống sục khí

Bể bùn hoạt tính là một qui trình xử lý sinh học hiếu khí trong bể không

có giá bám cho vi khuẩn

Việc loại bỏ BOD, keo tụ, các hạt keo không lắng và cố định các chấthữu cơ được thực hiện bởi vi sinh vật, chủ yếu là các vi khuẩn Các vi sinh vậtđược sử dụng để chuyển hóa các hạt keo và các chất hữu cơ thành các chất khí

và các tế bào vi khuẩn mới Do đó các tế bào vi khuẩn có tỷ trọng lớn hơn tỷtrọng riêng của nước nó có thể tách khỏi nước thải bằng phương pháp lắngtrọng lực

Thời gian lưu của nước thải, chế độ nạp nước và các chất hữu cơ trong

bể phản ứng: Theo số liệu của Mỹ, thời gian cư trú trung bình của vi khuẩn trong bể theo thể tích bể 5  15 ngày, thời gian lưu tồn nước trong bể 4  8 giờ

Hiệu suất sục khí và tỷ lệ thức ăn trên vi sinh vật (F/M) nên giữ trị sốDO=1,5  4mg/l tại mọi khu vực trong bể, trên 4mg/l không tăng hiệu suất

mà còn tốn điện Đối với F/M lớn hơn 0,3 mg/l, lượng không khí cần thiết3055m3/kgBOD5 được xử lý ( hệ thống tạo bọt khí), 2436m3/kgBOD5

được xử lý (hệ thống sục khí tạo bọt mịn) Nếu F/M nhỏ hơn 0,3mg/l lượngkhông khí cần thiết sẽ tăng lên Thông thường khi sử dụng hệ thống bơm nénkhí với hệ thống khuếch tán khí người ta cần 3,7515m3 không khí trên 1m3

nước thải Đối với các thiết bị cơ khí khấy đảo để sục khí cần11,5kgO2/kgBOD5 được xử lý, theo thực nghiệm ở bể bùn hoạt tính khuấyhoàn chỉnh cho thấy giá trị F/M nằm trong khoảng 0,21,0

2.1.7 Bể lắng thứ cấp:

Bể lắng thứ cấp dùng để loại bỏ các tế bào vi khuẩn nằm ở dạng cácbông cặn Bể lắng thứ cấp có hình dạng cấu tạo gần giống với bể lắng sơ cấp,tuy nhiên thông số thiết kế về lưu lượng nạp nước thải trên một đơn vị diệntích bề mặt của bể khác rất nhiều Ta có thể tham khảo các thông số thiết kếtheo bảng sau

Loại bể xử lý

Bảng 2.6 Các thông số tham khảo để thiết kế bể lắng thứ cấp

Lưu lượng nạp nước

m3/m2.d

Lưu lượng nạpchất rắn kg/m2h Chiềusâu

của bểm

Trung bình đỉnhTải Trungbình đỉnhTảiBùn hoạt tính thông

Thời gian tiếp xúc giữa clorine và nước thải từ 1545 phút, ít nhất phảigiữ được 15 phút ở tải đỉnh Bể tiếp xúc chclorine thường được thiết kế theokiểu plug_flow Tỷ lệ dài:rộng từ 10:1 đến 40:1 Vận tốc tối thiểu của nướcthải từ 24,5m/phút để tránh lắng bùn trong bể.

2.1.9 Sân phơi bùn:

Bùn thải ra từ bể tuyển nổi, bể lắng sơ cấp và bể lắng thứ cấp được đưa

ra sân phơi bùn Sân phơi bùn được coi là một công đoạn làm khô bùn, làmgiảm ẩm độ bùn xuống còn khoảng 7080% , nghĩa là hàm lượng vật chấtkhô trong bùn tăng lên đến 2030% Vì diện tích đệm của nhà máy lớn nênthích hợp cho thiết kế sân phơi bùn

Đáy sân phơi bùn thường làm bằng bêtông cốt thép để đảm bảo cách lynước rỉ từ bùn vào nước ngầm và có mái che di động tránh nước mưa đổ vào.Chỉ tiêu thiết kế làm giảm ẩm độ bùn xuống còn 75%

 Chiều dày lớp bùn là 8cm( thời gian phơi 3 tuần)

 Chiều dày lớp bùn là 10cm( thời gian phơi 4 tuần)

 Chiều dày lớp bùn là 12cm( thời gian phơi 6 tuần)

Hiệu quả của phương pháp xử lý cơ học:

Có thể loại bỏ được đến 60% tạp chất không hoà tan có trong nước thải

và giảm BOD đến 30% Để tăng hiệu suất công tác của các công trình xử lý

cơ học có thể dùng biện pháp làm thoáng sơ bộ, thoáng gió đông tụ sinh học,hiệu quả xử lý có thể đạt tới 75% theo hàm lượng chất lơ lửng và 40-50%theo BOD

Trong số các công trình xử lý cơ học có thể kể đến bể tự hoại, bể lắnghai vỏ, bể lắng trong có ngăn phân huỷ là những công trình vừa để lắng vừa

để phân huỷ cặn lắng

lý cùng với các phương pháp cơ học, hoá học, sinh học trong công nghệ xử lýnước thải hoàn chỉnh.

Những phương pháp hoá lý thường được áp dụng để xử lý nước thải là:keo tụ, đông tụ, tuyển nổi, hấp phụ, trao đổi ion, thấm lọc ngược và siêu lọc,

2.2.1 Phương pháp keo tụ và đông tụ

Quá trình lắng chỉ có thể tách được các hạt rắn huyền phù nhưng khôngthể tách được các chất gây nhiễm bẩn ở dạng keo và hòa tan vì chúng lànhững hạt rắn có kích thước quá nhỏ Để tách các hạt rắn đó một cách có hiệuquả bằng phương pháp lắng, cần tăng kích thước của chúng nhờ sự tác độngtương hỗ giữa các hạt phân tán liên kết thành tập hợp các hạt, nhằm tăng vậntốc lắng của chúng Việc khử các hạt keo rắn bằng lắng trọng lượng đòi hỏitrước hết cần trung hòa điện tích của chúng, thứ đến là liên kết chúng vớinhau Quá trình trung hoà điện tích thường được gọi là quá trình đông tụ(coagulation), còn quá trình tạo thành các bông lớn hơn từ các hạt nhỏ gọi làquá trình keo tụ (flocculation)

2.2.1.1 Phương pháp keo tụ

Keo tụ là quá trình kết hợp các hạt lơ lửng khi cho các chất cao phân tửvào nước Khác với quá trình đông tụ, khi keo tụ thì sự kết hợp diễn ra không

chỉ do tiếp xúc trực tiếp mà còn do tương tác lẫn nhau giữa các phân tử chấtkeo tụ bị hấp phụ trên các hạt lơ lửng

Chất keo tụ thường dùng có thể là hợp chất tự nhiên và tổng hợp chấtkeo tự nhiên là tinh bột, ete, xenlulozơ, dectrin (C6H10O5)n và dioxyt silic hoạt tính (xSiO2.yH2O)

2.2.1.2 Phương pháp đông tụ

Quá trình thuỷ phân các chất đông tụ và tạo thành các bông keo xảy ratheo các giai đoạn sau :

Me3+ + HOH  Me(OH)2+ + H+

Me(OH)2+ + HOH  Me(OH)+ + H+

Me(OH)+ + HOH  Me(OH)3 + H+

Me3+ + 3HOH  Me(OH)3 + 3 H+

Chất đông tụ thường dùng là muối nhôm, sắt hoặc hoặc hỗn hợp củachúng Việc chọn chất đông tụ phụ thuộc vào thành phần, tính chất hoá lý, giáthành, nồng độ tạp chất trong nước, pH

Các muối nhôm được dùng làm chất đông tụ: Al2(SO4)3.18H2O, NaAlO2,Al(OH)2Cl, Kal(SO4)2.12H2O, NH4Al(SO4)2.12H2O Thường sunfat nhôm làmchất đông tụ vì hoạt động hiệu quả pH = 5 – 7.5, tan tốt trong nước, sử dụngdạng khô hoặc dạng dung dịch 50% và giá thành tương đối rẻ

Các muối sắt được dùng làm chất đông tụ: Fe(SO3).2H2O,Fe(SO4)3.3H2O, FeSO4.7H2O và FeCl3 Hiệu quả lắng cao khi sử dụng dạngkhô hay dung dịch 10 -15%

2.2.2 Tuyển nổi

Phương pháp tuyển nổi thường được sử dụng để tách các tạp chất (ởdạng rắn hoặc lỏng) phân tán không tan, tự lắng kém ra khỏi pha lỏng Trong

xử lý nước thải, tuyển nổi thường được sử dụng để khử các chất lơ lửng vàlàm đặc bùn sinh học Ưu điểm cơ bản của phương pháp này so với phươngpháp lắng là có thể khử được hoàn toàn các hạt nhỏ hoặc nhẹ, lắng chậm,trong một thời gian ngắn Khi các hạt đã nổi lên bề mặt, chúng có thể thu gombằng bộ phận vớt bọt

Quá trình tuyển nổi được thực hiện bằng cách sục các bọt khí nhỏ(thường là không khí ) vào trong pha lỏng Các khí đó kết dính với các hạt vàkhi lực nổi của tập hợp các bóng khí và hạt đủ lớn sẽ kéo theo hạt cùng nổilên bề mặt, sau đó chúng tập hợp lại với nhau thành các lớp bọt chứa hàmlượng các hạt cao hơn trong chất lỏng ban đầu

2.2.3 Hấp phụ

Phương pháp hấp phụ được dùng rộng rãi để làm sạch triệt để nước thảikhỏi các chất hữu cơ hoà tan sau khi xử lý sinh học cũng như xử lý cục bộ khinước thải có chứa một hàm lượng rất nhỏ các chất đó Những chất này khôngphân huỷ bằng con đường sinh học và thường có độc tính cao Nếu các chấtcần khử bị hấp phụ tốt và chi phí riêng cho lượng chất hấp phụ không lớn thìviệc ứng dụng phương pháp này là hợp lý hơn cả

Các chất hấp phụ thường được sử dụng như: than hoạt tính, các chất tổnghợp và chất thải của vài ngành sản xuất được dùng làm chất hấp phụ (tro, rỉ,mạt cưa …) Chất hấp phụ vô cơ như đất sét, silicagen, keo nhôm và các chấthydroxit kim loại ít được sử dụng vì năng lượng tương tác của chúng với cácphân tử nước lớn Chất hấp phụ phổ biến nhất là than hoạt tính, nhưng chúngcần có các tính chất xác định như: tương tác yếu với các phân tử nước vàmạnh với các chất hữu cơ, có lỗ xốp thô để có thể hấp phụ các phân tử hữu cơlớn và phức tạp, có khả năng phục hồi Ngoài ra, than phải bền với nước và

thấm nước nhanh Quan trọng là than phải có hoạt tính xúc tác thấp đối vớiphản ứng oxy hóa bởi vì một số chất hữu cơ trong nước thải có khả năng bịoxy hoá và bị hoá nhựa Các chất hoá nhựa bít kín lổ xốp của than và cản trởviệc tái sinh nó ở nhiệt độ thấp.

2.2.4 Phương pháp trao đổi ion

Trao đổi ion là một quá trình trong đó các ion trên bề mặt của chất rắntrao đổi với ion có cùng điện tích trong dung dịch khi tiếp xúc với nhau Cácchất này gọi là các ionit (chất trao đổi ion), chúng hoàn toàn không tan trongnước

Các chất có khả năng hút các ion dương từ dung dịch điện ly gọi làcationit, những chất này mang tính axit Các chất có khả năng hút các ion âmgọi là anionit và chúng mang tính kiềm Nếu như các ionit nào đó trao đổi cảcation và anion gọi là các ionit lưỡng tính

Phương pháp trao đổi ion thường được ứng dụng để loại ra khỏi nướccác kim loại như: Zn, Cu, Cr, Ni, Pb, Hg, M, các hợp chất của Asen,Photpho, Cyanua và các chất phóng xạ

Các chất trao đổi ion là các chất vô cơ hoặc hữu cơ có nguồn gốc tựnhiên hay tổng hợp nhân tạo Các chất trao đổi ion vô cơ tự nhiên gồm có cáczeolit, kim loại khoáng chất, đất sét, fenspat, chất mica khác nhau… vô cơtổng hợp gồm silicagen, pecmutit (chất làm mềm nước ), các oxyt khó tan vàhydroxyt của một số kim loại như nhôm, crôm, ziriconi… Các chất trao đổiion hữu cơ có nguồn gốc tự nhiên gồm axit humic và than đá chúng mang tínhaxit, các chất có nguồn gốc tổng hợp là các nhựa có bề mặt riêng lớn là nhữnghợp chất cao phân tử

2.2.5 Các quá trình tách bằng màng

Màng được định nghĩa là một pha đóng vai trò ngăn cách giữa các phakhác nhau Việc ứng dụng màng để tách các chất phụ thuộc vào độ thấm củacác hợp chất đó qua màng Người ta dùng các kỹ thuật như: điện thẩm tích,thẩm thấu ngược, siêu lọc và các quá trình tương tự khác.

Thẩm thấu ngược và siêu lọc là quá trình lọc dung dịch qua màng bánthẩm thấu, dưới áp suất cao hơn áp suất thấm lọc Màng lọc cho các phân tửdung môi đi qua và giữ lại các chất hoà tan Sự khác biệt giữa hai quá trình là

ở chỗ siêu lọc thường được sử dụng để tách dung dịch có khối lượng phân tửtrên 500 và có áp suất thẩm thấu nhỏ (ví dụ như các vi khuẩn, tinh bột,protein, đất sét ) Còn thẩm thấu ngược thường được sử dụng để khử các vậtliệu có khối lượng phân tử thấp và có áp suất cao

2.2.6 Phương pháp điện hoá

Mục đích của phương pháp này là xử lý các tạp chất tan và phân tántrong nước thải, có thể áp dụng trong quá trình oxy hoá dương cực, khử âmcực, đông tụ điện và điện thẩm tích Tất cả các quá trình này đều xảy ra trêncác điện cực khi cho dòng điện một chiều đi qua nước thải

Nhược điểm lớn của phương pháp này là tiêu hao điện năng lớn

kiện hiếu khí (với sự có mặt của oxy) hoặc trong điều kiện kỵ khí (không cóoxy).

Phương pháp xử lý sinh học có thể ứng dụng để làm sạch hoàn toàn cácloại nước thải chứa chất hữu cơ hoà tan hoặc phân tán nhỏ Do vậy phươngpháp này thường được áp dụng sau khi loại bỏ các loại tạp chất thô ra khỏinước thải có hàm lượng chất hữu cơ cao

Quá trình xử lý sinh học gồm các bước

 Chuyển hoá các hợp chất có nguồn gốc cacbon ở dạng keo và dạnghoà tan thành thể khí và thành các vỏ tế bào vi sinh

 Tạo ra các bông cặn sinh học gồm các tế bào vi sinh vật và các chấtkeo vô cơ trong nước thải

 Loại các bông cặn ra khỏi nước thải bằng quá trình lắng

2.3.1 Xử lí nước thải bằng phương pháp sinh học trong điều kiện

tự nhiên

Để tách các chất bẩn hữu cơ dạng keo và hoà tan trong điều kiện tựnhiên người ta xử lí nước thải trong ao, hồ (hồ sinh vật) hay trên đất (cánhđồng tưới, cánh đồng lọc )

2.3.1.1 Hồ sinh vật

Hồ sinh vật là các ao hồ có nguồn gốc tự nhiên hoặc nhân tạo, còn gọi là

hồ oxy hoá, hồ ổn định nước thải, xử lí nước thải bằng phương pháp sinhhọc Trong hồ sinh vật diễn ra quá trình oxy hóa sinh hóa các chất hữu cơ nhờcác loài vi khuẩn, tảo và các loại thủy sinh vật khác, tương tự như quá trìnhlàm sạch nguồn nước mặt Vi sinh vật sử dụng oxy sinh ra từ rêu tảo trongquá trình quang hợp cũng như oxy từ không khí để oxy hoá các chất hữu cơ,

rong tảo lại tiêu thụ CO2, photphat và nitrat amon sinh ra từ sự phân huỷ, oxyhoá các chất hữu cơ bởi vi sinh vật Để hồ hoạt động bình thường cần phải giữgiá trị pH và nhiệt độ tối ưu Nhiệt độ không được thấp hơn 6oC.

Theo bản chất quá trình sinh hoá, người ta chia hồ sinh vật ra các loại hồhiếu khí, hồ sinh vật tuỳ tiện (Faculative) và hồ sinh vật yếm khí

a) Hồ sinh vật hiếu khí

Quá trình xử lí nước thải xảy ra trong điều kiện đầy đủ oxy, oxy đượccung cấp qua mặt thoáng và nhờ quang hợp của tảo hoặc hồ được làm thoángcưỡng bức nhờ các hệ thống thiết bị cấp khí Độ sâu của hồ sinh vật hiếu khíkhông lớn từ 0,5-1,5m

b) Hồ sinh vật tuỳ tiện

Có độ sâu từ 1.5 – 2.5m, trong hồ sinh vật tùy tiện, theo chiều sâu lớpnước có thể diễn ra hai quá trình: Oxy hoá hiếu khí và lên men yếm khí cácchất bẩn hữu cơ Trong hồ sinh vật tùy tiện vi khuẩn và tảo có quan hệ tương

hổ đóng vai trò cơ bản đối với sự chuyển hóa các chất

c) Hồ sinh vật yếm khí

Có độ sâu trên 3m, với sự tham gia của hàng trăm chủng loại vi khuẩn

kỵ khí bắt buộc và kỵ khí không bắt buộc Các vi sinh vật này tiến hành hàngchục phản ứng hoá sinh học để phân huỷ và biến đổi các hợp chất hữu cơphức tạp thành những chất đơn giản, dễ xử lý Hiệu suất giảm BOD trong hồ

có thể lên đến 70% Tuy nhiên nước thải sau khi ra khỏi hồ vẫn có BOD caonên loại hồ này chỉ chủ yếu áp dụng cho xử lý nước thải công nghiệp rất đậmđặc và dùng làm hồ bậc 1 trong tổ hợp nhiều bậc

2.3.1.2 Cánh đồng tưới - Cánh đồng lọc

Cánh đồng tưới là những khoảng đất canh tác, có thể tiếp nhận và xử lýnước thải Xử lý trong điều kiện này diễn ra dưới tác dụng của vi sinh vật, ánhsáng mặt trời, không khí và dưới ảnh hưởng của các hoạt động sống thực vật,chất thải bị hấp thụ và giữ lại trong đất, sau đó các loại vi khuẩn có sẵn trongđất sẽ phân huỷ chúng thành các chất đơn giản để cây trồng hấp thụ Nướcthải sau khi ngấm vào đất, một phần được cây trồng sử dụng Phần còn lạichảy vào hệ thống tiêu nước ra sông hoặc bổ sung cho nước nguồn.

2.3.2 Tổng quan về xử lý nước thải trong điều kiện nhân tạo

2.3.2.1 Bể lọc sinh học

Bể lọc sinh học là công trình nhân tạo, trong đó nước thải được lọc quavật liệu rắn có bao bọc một lớp màng vi sinh vật Bể lọc sinh học gồm cácphần chính như sau: phần chứa vật liệu lọc, hệ thống phân phối nước đảm bảotưới đều lên toàn bộ bề mặt bể, hệ thống thu và dẫn nước sau khi lọc, hệ thốngphân phối khí cho bể lọc

Quá trình oxy hóa chất thải trong bể lọc sinh học diễn ra giống như trêncánh đồng lọc nhưng với cường độ lớn hơn nhiều Màng vi sinh vật đã sửdụng và xác vi sinh vật chết theo nước trôi khỏi bể được tách khỏi nước thải ở

bể lắng đợt 2 Để đảm bảo quá trình oxy hoá sinh hóa diễn ra ổn định, oxyđược cấp cho bể lọc bằng các biện pháp thông gió tự nhiên hoặc thông giónhân tạo Vật liệu lọc của bể lọc sinh học có thể là nhựa plastic, xỉ vòng gốm,

đá Granit…

a) Bể lọc sinh học nhỏ giọt

Bể có dạng hình vuông, hình chữ nhật hoặc hình tròn trên mặt bằng, bểlọc sinh học nhỏ giọt làm việc theo nguyên tắc sau:

 Nước thải sau bể lắng đợt 1 được đưa về thiết bị phân phối, theo chu

kỳ tưới đều nước trên toàn bộ bề mặt bể lọc Nước thải sau khi lọc chảyvào hệ thống thu nước và được dẫn ra khỏi bể Oxy cấp cho bể chủ yếuqua hệ thống lỗ xung quanh thành bể

 Vật liệu lọc của bể sinh học nhỏ giọt thường là các hạt cuội, đá…đường kính trung bình 20–30 mm Tải trọng nước thải của bể thấp (0,5–1,5 m3/m3 vật liệu lọc/ngàyđêm) Chiều cao lớp vật liệu lọc là 1.5–2m.Hiệu quả xử lý nước thải theo tiêu chuẩn BOD đạt 90% Dùng cho cáctrạm xử lý nước thải có công suất dưới 1000 m3/ngàyđêm

b) Bể lọc sinh học cao tải

Bể lọc sinh học cao tải có cấu tạo và quản lý khác với bể lọc sinh họcnhỏ giọt, nước thải tưới lên mặt bể nhờ hệ thống phân phối phản lực Bể có tảitrọng 10 – 20 m3 nước thải/1m2 bề mặt bể/ngàyđêm Nếu trường hợp BODcủa nước thải quá lớn người ta tiến hành pha loãng chúng bằng nước thải đãlàm sạch Bể được thiết kế cho các trạm xử lý dưới 5000 m3/ngàyđêm

2.3.2.2 Bể hiếu khí bùn hoạt tính – Bể Aerotank

Là bể chứa hỗn hợp nước thải và bùn hoạt tính, khí được cấp liên tục vào

bể để trộn đều và giữ cho bùn ở trạng thái lơ lửng trong nước thải và cấp đủoxy cho vi sinh vật oxy hóa các chất hữu cơ có trong nước thải Khi ở trong

bể, các chất lơ lửng đóng vai trò là các hạt nhân để cho các vi khuẩn cư trú,sinh sản và phát triển dần lên thành các bông cặn gọi là bùn hoạt tính Vikhuẩn và các vi sinh vật sống dùng chất nền (BOD) và chất dinh dưỡng (N, P)làm thức ăn để chuyển hoá chúng thành các chất trơ không hòa tan và thànhcác tế bào mới Số lượng bùn hoạt tính sinh ra trong thời gian lưu lại trong bểAerotank của lượng nước thải ban đầu đi vào trong bể không đủ làm giảmnhanh các chất hữu cơ do đó phải sử dụng lại một phần bùn hoạt tính đã lắng

xuống đáy ở bể lắng đợt 2, bằng cách tuần hoàn bùn về bể Aerotank để đảmbảo nồng độ vi sinh vật trong bể Phần bùn hoạt tính dư được đưa về bể nénbùn hoặc các công trình xử lý bùn cặn khác để xử lý Bể Aerotank hoạt độngphải có hệ thống cung cấp khí đầy đủ và liên tục.

2.3.2.3 Bể sinh học theo mẻ SBR (Sequence Batch Reactor)

Hệ thống xử lý sinh học từng mẻ bao gồm đưa nước thải vào bể phảnứng và tạo các điều kiện cần thiết như môi trường thiếu khí (không có oxy,chỉ có NO3-), kị khí (không có oxy), hiếu khí (có oxi, NO3-) để cho vi sinhtăng sinh khối, hấp thụ và tiêu hóa các chất thải hữu cơ trong nước thải

Chất thải hữu cơ (C,N,P) từ dạng hòa tan sẽ chuyển hóa vào sinh khối visinh và khi lớp sinh khối vi sinh này lắng kết xuống sẽ còn lại nước trong đãtách chất ô nhiễm, chu kỳ xử lý trên lại tiếp tục cho một mẻ nước thải mới

2.3.2.4 Quá trình xử lý sinh học kỵ khí:

Quá trình xử lý sinh học kỵ khí

Quá trình phân hủy kỵ khí là quá trình phân hủy sinh học các chất hữu

cơ có trong nước thải trong điều kiện không có oxy để tạo ra sản phẩm cuốicùng là khí CH4 và CO2 (trường hợp nước thải không chứa NO3- và SO42-) Cơchế của quá trình này đến nay vẫn chưa được biết đến một cách đầy đủ vàchính xác nhưng cách chung, quá trình phân hủy có thể được chia ra các giaiđoạn như sau:

Hình 2.1 Sơ đồ chuyển hóa vật chất trong điều kiện kỵ khí

Ở 3 giai đoạn đầu, COD của dung dịch hầu như không thay đổi, nó chỉgiảm trong giai đoạn methane hóa Sinh khối mới được tạo thành liên tụctrong tất cả các giai đoạn

Trong một hệ thống vận hành tốt, các giai đoạn này diễn ra đồng thời vàkhông có sự tích lũy quá mức các sản phẩm trung gian Nếu có một sự thayđổi bất ngờ nào đó xảy ra, các giai đoạn có thể mất cân bằng Pha methane

VẬT CHẤT HƯU CƠ

PROTEINS HYDROCARBON LIPIDS

ACID AMIN / ĐƯỜNG

Vi khuẩn lên men

Vi khuẩn tạo khí H2

Vi khuẩn methane hóa

hóa rất nhạy cảm với sự thay đổi của pH hay nồng độ acit béo cao Do đó, khivận hành hệ thống, cần chú ý phòng ngừa những thay đổi bất ngờ, cả pH lẫn

sự quá tải

CHƯƠNG 3TỔNG QUAN VỀ VI SINH VẬT TRONG XỬ LÝ NƯỚC THẢI

Vi sinh vật là những tổ chức sinh vật nhỏ bé, có thể tập hợp lại mộtnhóm lớn hơn gồm nhiều loại khác nhau dưới những hình dạng không xácđịnh, chúng có thể tồn tại dưới dạng đơn bào Có thể nói, phần lớn các vi sinhvật đóng vai trò rất quan trọng trong các quá trình chuyển hoá sinh hoá, chúng

có tác dụng làm giảm lượng chất hữu cơ trong nước thải, đồng thời giúp ổnđịnh nồng độ chất hữu cơ trong các dòng chảy Các loài vi sinh vật chiếm ưuthế trong từng quá trình xử lý sinh hoá phụ thuộc vào nhiều yếu tố: tính chấtdòng vào, điều kiện môi trường, quá trình thiết kế và cách thức vận hành hệthống Do đó, để tăng cường vai trò hệ vi sinh vật hoạt động trong hệ thống

xử lý nước thải phải thiết kế điều kiện môi trường phù hợp; ví dụ với đa sốquá trình xử lý hiếu khí, cần có điều kiện thích hợp như: môi trường phải đủthông thoáng để cung cấp oxy, đủ các chất hữu cơ (làm thức ăn), đủ nước, đủ

N và P (chất dinh dưỡng) để thúc đẩy sự oxy hoá, có pH phù hợp (6.5 – 9) vàkhông có các chất gây độc

Tuy nhiên không phải các vi sinh vật đều có lợi cho các quá trình chuyểnhoá trong xử lý nước thải Nếu như điều kiện môi trường không còn phù hợpcủa các loài sinh vật, hoặc số lượng các loài vi sinh vật trong hệ thống tăngđột biến, điều này sẽ gay cản trở cho quá trình chuyển hoá và làm giảm hiệusuất xử lý nước thải

3.1 SINH THÁI, SINH LÝ, PHÂN LOẠI VI SINH VẬT

3.1.1 Sinh thái, sinh lý vi sinh vật

Vi sinh vật không phải là một nhóm phân loại trong sinh giới mà là baogồm tất cả các vi sinh vật có kích thước hiển vi, không thấy rõ bằng mắt

thường, do đó phải sử dụng kính hiển vi thường hoặc kính hiển vi điện tử đểquan sát Ngoài ra, muốn nghiên cứu vi sinh vật người ta phải sử dụng tới cácphương pháp nuôi cấy vô khuẩn Vi sinh vật có các đặc điểm chung sau đây:

a) Kích thước nhỏ bé:

Vi sinh vật thường đo kích thước bằng micromet Virut được đo kíchthước đơn vị bằng nanomet Kích thước càng bé thì diện tích bề mặt của visinh vật trong một thể tích đơn vị càng lớn

b) Hấp thu nhiều chuyển hoá nhanh:

Tuy vi sinh vật có kích thước rất nhỏ bé nhưng chúng lại có năng lựchấp thụ và chuyển hoá vượt xa các sinh vật khác Chẳng hạn, một vi khuẩnlactic (Lactobacillus) trong một giờ có thể phân giải được một lượng đườnglatose lớn hơn 100 – 10.000 lần so với khối lượng của chúng Tốc độ tổnghợp protêin của nấm men cao gấp 10.000 lần so với đậu tương và 100.000 lần

so với trâu bò

c) Sinh trưởng nhanh, phát triển mạnh:

Chẳng hạn một trực khuẩn đại tràng (Escherichia coli) trong các điềukiện thích hợp chỉ sau 12 – 20 phút lại phân cắt một lần Nếu lay thời gian thế

hệ là 20 phút thì mỗi giờ phân cắt ba lần, sau 24 giờ phân cắt 72 lần và tạo ra4.722.633 x 1018 tế bào, tương đương với một khối lượng là 4.722 tấn Tấtnhiên, trong tự nhiên không có được các điều kiện tối ưu như vậy (vì thiếuthức ăn, thiếu oxy, dư thừa các sản phẩm trao đổi chất có hại…) Trong loàilên men với các điều kiện nuôi cấy thích hợp, từ một tế bào có thể tạo ra sau

24 giờ khoảng 100.000.000 – 1.000.000.000 tế bào Thời gian thế hệ của nấmmen nhiều hơn, ví dụ với men rượu (Sacharomyces cerecisiae) là 120 phút.Với nhiều vi sinh vật khác còn dài hơn nữa, ví dụ tảo tiểu cầu (Cholorella) là

7 giờ, với vi khuẩn lam Nosoc là 23 giờ… Có thể nói không có sinh vật nào

có tốc độ sinh sôi nảy nở nhanh như vi sinh vật

Hình 3.1 Sự sinh sôi của các vi sinh vật

d) Có năng lực thích ứng mạnh và dễ dàng phát sinh biến dị:

Trong quá trình tiến hoá lâu dài vi sinh vật đã tạo cho mình những cơchế điều hoà trao đổi chất để thích ứng được với những điều kiện trao đổi chấtkhác nhau, kể cả những điều kiện hết sức bất lợi mà các sinh vật khác thườngkhông thể tồn tại được Có vi sinh vật sống ở môi trường nóng đến 130OC,lạnh đến 0 – 5OC, mặn đến nồng độ muối 32%, ngọt đến nồng độ mật ong, Phthấp đến 0,5 hoặc cao đến 10,7; áp suất cao trên 1,3at, hay có nồng độ phóng

xạ đến 750.000rad Nhiều vi sinh vật có thể sống tốt trong điều kiện tuyệt đối

kỵ khí, có loài nấm sợi có thể phát triển dày đặc trong bể ngâm tử thi vớinồng độ foocmol rất cao…

Vi sinh vật đa số là đơn bào, đơn bội, sinh sản nhanh, số lượng nhiều,tiếp xúc trực tiếp với môi trường sống… do đó rất dễ dàng phát sinh biến dị.Tần suất biến dị thường ở mức 10-5 – 10-10 Chỉ sau một thời gian ngắn đã tạomột số lượng rất lớn các cá thể biến dị ở thế hệ sau Những biến dị có ích sẽ

đưa lại hiệu quả rất lớn trong sản xuất Nếu như mới phát hiện ra penicillinhoạ tính chỉ đạt 20 đơn vị/ml dịch lên men (1943) thì ngày nay có thể đạt trên100.000 đơn vị/ml.

e) Phân bố rộng chủng loại phong phú:

Vi sinh vật có mặt ở khắp mọi nơi trên Trái đất, trong không khí, trongđất, trên núi cao, dưới biển sâu, trên cơ thể người, động vật, thực vật, trongthực phẩm, trên mọi đồ vật…

Vi sinh vật tham gia tích cực vào việc thực hiện các vòng tuần hoànsinh-địa-hoá học như vòng tuần hoàn C, vòng tuần hoàn N, vòng tuần hoàn P,

S, Fe…

Trong nước vi sinh vật có nhiều ở vùng duyên hải (littoral zone), vùngnước sông (limnetic zone) và ngay cả ở vùng nước sâu (profundal zone), vùngđáy ao hồ (benthic zone)

Trong không khí thì càng lên cao số lượng vi sinh vật càng ít Số lượng

vi sinh vật ở các khu dân cư đông đúc cao hơn rất nhiều so với không khí trênmặt biển và nhất là không khí ở Bắc cực, Nam cực…

Hầu như không có hợp chất Cacbon nào (trừ kim cương, đá graphit…)

mà không là nhóm thức ăn của những nhóm vi sinh vật nào đó (kể cả dầu mỏ,khí thiên nhiên, foocmol, dioxin…) Vi sinh vật rất phong phú các kiểu vidinh dưỡng khác nhau: quang tự dưỡng, quang dị dưỡng, hoá tự dưỡng, hoá

dị dưỡng, tự dưỡng chất sinh trưởng, dị dưỡng chất sinh trưởng…

f) Là sinh vật phát triển đầu tiên trên trái đất:

Trái đất hình thành cách đây 4,6 tỉ name nhưng cho đến nay mới chỉ tìmthấy dấu vết của sự sống cách đây 3,5 tỷ name Đó là các vi sinh vật hoá thạchcòn để lại vết tích trên các tầng đá cổ Vi sinh vật hoá thạch cổ xưa nhất đãđược phát hiện từ những dạng rất giống vi khuẩn lam ngày nay Chúng được

J William Schopf tìm thấy tại các tầng đá cổ ở miền tây Australia Chúng códạng đa bào đơn giản, nối thành sợi dài đến vài chục mm với đường kính đến

1 – 2mm và có thành tế bào khá dày Trước đó các nhà khoa học đã tìm thấy

vết tích của chi Gloeodiniopsic có niên đại cách đây 1,5 tỷ năm và vết tíchcủa chi Palaeolyngbya có niên đại cách đây 950 triệu năm.

Hình 3.2 Vết tích của một số loài vi khuẩn 3.1.2 Phân loại vi sinh vật

Hiện nay có 2 cách phân loại vi sinh vật Cách theo hệ thống, và cáchthứ hai dựa theo cấu tạo của nhân vi sinh vật:

- Cách phân loại thứ nhất: theo cách phân loại của P.N.Bergey vi sinh vật

được xếp trong ngành protophia Chúng gồm 3 lớp:

+ Schizomycetes (lớp vi khuẩn)

+ Schi zophiceae (lớp thanh tảo)

+ Microtatobiotes (lớp rickettsia và virut)

- Cách phân loại thứ hai: theo cấu trúc của nhân vi sinh vật, người ta chia

làm 2 nhóm lớn:

+ Nhóm nhân nguyên thuỷ hay nhóm có nhân phân hoá(prokaryotic): bao gồm tất cả vi sinh vật chưa có nhân thực thụ mà chỉ là mộtvùng sẫm gồm protein và AND

+ Nhóm nhân that hay nhóm có nhân thực thụ (eukaryotic): baogồm tất cả các vi sinh vật có nhân thực Nhân này được cấu tạo bởi màngnhân, protein và DNA

3.1.3 Hình thái cấu tạo của vi sinh vật

a) Vi khuẩn:

Theo quan điểm hiện đại (NCBI – National Center for BiotechnologyInformation, 2005) thì vi khuẩn bao gồm các ngành sau đây: Aquificae –Thermotogae – Thermodesulfobacteria – Deinococcus – Thermus –Chrysiogenetes – Chloroflexi – Nitrospirae – Deferribacteres – Cyanobacteria– Proteobacteria – Firmicues – Actinobacteria – Planctomycetes –Chlamydiae/Nhóm Chlorobia – Fusobacteria – Dictyoglomi Việc phân ngànhdựa trên các đặc điểm hình thái, sinh lý, sinh hoá, sinh thái… Căn cứ vào tỷ lệ

G + C trong AND người ta xây dựng được cây phát sinh chủng loại(Phyloenetic tree) và chia vi khuẩn thành các nhóm sau đây:

- Nhóm oxy hoá hydrogen

- Nhóm vi khuẩn Gram dương.

Vi khuẩn là một tổ chức nguyên thuỷ, đơn bào, cơ thể chứa khoảng 85%

là nước và 15% là các khoáng chất hay chất nguyên sinh Chất nguyên sinhphần lớn là S, K, Na, Ca, Cl và một lượng nhỏ Fe, Si, Mg Chúng sinh sôi vànảy nở nhờ hình thức tự nhân đôi Vi khuẩn có thể xem là một trong nhữngsinh vật sống nhỏ bé nhất, có đường kính 0,5 – 2 micromet và chiều dài từ 1 –

10 micromet

Các vi khuẩn được phân làm 3 nhóm chính dựa vào hình dạng tự nhiênhay trạng thái tồn tại của chúng Dạng đơn giản nhất là vi khuẩn cầu, còn gọi